亚临界萃取对上部选下烟叶品质的影响

姚 倩 马一琼 王新中 程良琨 孙九喆 陈 伟 刘 超 王宝林 马波波 杨永锋

(河南中烟工业有限责任公司，河南 郑州 450000)

河南烟叶属于浓香型烤烟[1]，其烟味浓厚，吸味干净，地方性杂气轻至较重[2]，其烟气浓郁沉溢，具有焦甜香韵[3]。然而由于田间施肥等栽培方式不当[4-5]，导致河南烟叶营养不均衡，含钾量偏低、氯含量较高、香气量不足、香气质差、杂气和刺激性大，成熟度不够，可用性低[6-7]。而河南上部烟叶普遍存在氮含量高、刺激性大等问题[8]，上部低等烟叶的成熟度更加不足，结构紧密、僵硬，烟碱含量偏高，可用性更差，严重影响了其在卷烟工业配方中的使用比例[9-10]。由于每年河南上部选下等级(烟草工业公司根据选叶方案对上部烟叶进行分选，不符合等级要求的烟叶为上部选下)烟叶数量大，因此提高上部选下烟叶可用性尤为重要。

亚临界萃取是利用亚临界流体作为萃取剂[11]，根据有机物相似相溶的原理，通过溶解、分离等过程，最终将目的产物分离出来的一种新型萃取技术[12]。它具有无毒、无害、非热加工、不破坏产品的生物活性、防止氧化、产能大、可工业化大规模生产等优点[13]，已被广泛应用于天然化学提取领域[14-16]。谢豪等[17]利用亚临界萃取技术提取甜橙油，得到的甜橙油其香气成分较好地保存下来，香气也更接近天然状态；彭凯迪等[18]运用亚临界丁烷萃取法研究酸枣仁油的提取效果，结果表明不同萃取条件下萃取效果不同；杨中民等[19]以众香子果实为原料，采用正交试验确定了采用亚临界萃取众香子时，在萃取温度为60 ℃，萃取次数为4次以及萃取时间为60 min条件下，出油率最高，可达4.58%。在烟草领域，田海英等[20-21]研究了亚临界萃取技术在卷烟降焦减害方面的应用，结果表明经亚临界萃取可以降低卷烟焦油、烟碱含量，提高卷烟感官质量。除此之外，亚临界萃取技术在烟草领域其他方面的研究还鲜有报道。试验拟研究采用不同萃取剂的亚临界萃取对提高河南上部低等烟叶可用性的影响，以期为卷烟生产上合理利用上部选下烟叶、提高上部低等烟叶可用性提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 烟叶

选择河南3个不同产区2016年的上部分选选下烟叶，分别为：A(驻马店上部选下烟叶)、B(漯河上部选下烟叶)和C(周口上部选下烟叶)。

1.1.2 主要试剂

二甲醚、丁烷：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.3 主要仪器

吸烟机：SM450直线型，英国Cerulean公司；

亚临界溶剂萃取设备：CBE-5L型，河南省亚临界生物技术有限公司；

气质联用仪：6890GC/5973MS型，美国Agilent公司；

连续流动分析仪：SEAL AA3型，美国PE公司。

1.2 方法

1.2.1 上部选下烟叶处理 用亚临界萃取方法处理3个不同产区上部选下烟叶，以未用亚临界萃取技术处理的3个产地烟叶作为对照。分别用二甲醚和丁烷作为萃取剂处理3个产地烟叶，以二甲醚作为萃取剂处理的记为：A1、B1、C1；以丁烷作为萃取剂处理的记为：A2、B2、C2；未用亚临界萃取处理的烟叶记为：A、B、C。

亚临界萃取过程：对试验烟丝进行打包，整体置入密闭萃取罐中，抽真空并向罐内注入适量的萃取溶剂，将样品完全浸没，在30 ℃下萃取30 min。

1.2.2 化学成分测定 取每个处理各200 g烟叶，用研磨器粉碎后过60目筛，按照烟草行业标准对烟叶进行前处理，之后采用AA3型连续流动分析仪进行化学成分的测定[22]。

1.2.3 主流烟气测定 取各处理烟叶切丝后，用手工打烟器卷制成卷烟，用Cerulean SM450直线型吸烟机补集主流烟气，测定主流烟气各指标值。

(1)总粒相物和焦油测定：按GB/T 19609—2004执行。

(2)水分测定：按GB/T 23203.1—2013执行。

(3)烟碱测定：按GB/T 23355—2009执行。

(4)一氧化碳测定：按GB/T 23356—2009执行。

1.2.4 灰色关联分析 采用灰色关联分析对样品的常规化学成分进行综合评价[23-25]，其中最优参考值的确定依据不同指标的特点，总糖、还原糖、两糖比、钾和钾氯比取最大值为最优参考值，蛋白质、氯元素取最小值为最优参考值，参照有关专家的研究建议，总氮、烟碱、糖碱比和氮碱比分别取2.25%，2.5%，10，0.9作为最优参考值。经计算总糖、还原糖、总氮、烟碱、蛋白质、钾、氯、糖碱比、氮碱比、两糖比和钾氯比的权重分别为0.11，0.11，0.09，0.02，0.06，0.14，0.09，0.10，0.07，0.11，0.11。

1.2.5 感官质量评价 由河南中烟工业有限责任公司的评吸委员会成员采用9分制法，对经亚临界萃取后的上部选下烟叶进行感官质量评价，感官总分按式(1)计算。

T=(A+B)×2.0+(C+D)×1.5+E+F+G+H，

(1)

式中：

T——感官总分；

A、B、C、D、E、F、G、H——分别代表香气质、香气量、浓度、柔细度、余味、杂气、刺激性和劲头的得分。

1.2.6 统计分析方法 试验得到各项指标的数据运用Excel 2013软件进行数据处理和图表制作，使用SPSS 23.0 中Duncan方法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 萃取剂残留情况分析

试验检测了经亚临界萃取处理烟叶样品中二甲醚和丁烷的残留情况，结果显示，未发现萃取剂成分残留，可见，亚临界萃取技术不会在处理烟叶中引入萃取剂。

2.2 亚临界萃取处理对上部选下烟叶化学成分的影响

目前主要用糖碱比、氮碱比、两糖比和钾氯比等指标对烟叶的化学成分是否协调进行判断，且比值分别在10、0.9、≥0.75、≥4为宜[26]。

由表1可知：

(1)A、B和C经亚临界萃取后，总氮、烟碱和蛋白质含量均有所降低，除A2与A未达到显著差异外，其余处理均与对照之间达到显著差异；3个产地上部选下烟叶经亚临界萃取后糖碱比升高，A1、A2的糖碱比达到优质烟叶标准，且A与A1、A2之间达到显著差异，B与C经亚临界萃取后，糖碱比有所提高，其中B与B2之间达到显著差异，与B1未达到显著差异，C与C1、C2之间差异不显著。

表1 亚临界萃取处理河南上部选下烟叶常规化学成分含量†

† 同一产地不同处理样品肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)。

(2)就A而言，A1和A2的总糖、还原糖含量在数值上高于A，但与A之间未达到显著差异；钾含量A1高于A，A2低于A，三者之间未达到显著差异；氯含量A1低于A和A2，三者之间未达到显著差异；氮碱比和两糖比A1、A2在数值上均大于A，三者之间未达到显著差异；钾氯比A1大于A，三者之间未达到显著差异。

(3)就B而言，B1和B2的总糖、还原糖含量在数值上高于B，但与B之间未达到显著差异；钾含量和氯含量B1、B2均低于B，三者之间未达到显著差异；氮碱比和两糖比B1、B2在数值上均小于B，三者之间未达到显著差异；钾氯比B1、B2在数值上大于B，三者之间未达到显著差异。

(4)就C而言，C1和C2的总糖、还原糖含量在数值上低于C，但与C之间未达到显著差异；钾含量C1低于C、C2均高于C，三者之间未达到显著差异；氯含量经萃取后变化不大；两糖比和钾氯比，C1在数值上均小于C，三者之间未达到显著差异；C2在数值上大于C，三者之间未达到显著差异。

总的来看，经亚临界萃取后，总氮、烟碱、蛋白质含量减少，糖含量、糖碱比有所上升，钾氯含量变化不大，是因为碱性物质在萃取剂中具有很好的溶解性，蔗糖、麦芽糖、淀粉、葡萄糖、果糖、戊糖、乳糖等几乎不溶于萃取溶剂[27]，钾和氯在萃取前后变化不大，可能是钾和氯在烟草中以离子状态存在，根据相似相溶原理它们不溶于有机溶剂而未被萃取出来[28]。

采用灰色关联分析法可以明确各项化学指标整体协调性，从而可根据结果进行综合评价。由图1可以看出，A1、A2和B1、B2均较A和B综合得分有所提高，而C1、C2较C综合得分有所减少。对比A1与A2、B1与B2、C1与C2，整体来看，二甲醚萃取后的烟叶化学成分综合得分高于丁烷萃取。

图1 亚临界萃取处理河南上部选下烟叶常规化学成分综合得分

Figure 1 Comprehensive evaluation score in upper surplus tobacco of Henan was treated by subcritical extraction

2.3 亚临界萃取处理河南上部选下烟叶烟气成分的差异

对亚临界萃取处理的河南上部选下烟叶的主流烟气含量进行检测，结果见表2。A、B和C经亚临界萃取后，总粒相物、水分、烟碱和焦油含量均明显降低，且与对照达到显著差异；A和C经亚临界萃取后CO含量较对照有明显减少，且达到显著差异，B经亚临界萃取后CO含量有所减少，B2与B达到显著差异，B1与B之间差异不显著。平均吸阻和抽吸口数经亚临界萃取后，变化幅度较小，处理与对照之间未达到显著差异。

目前烟碱、焦油和CO含量是影响卷烟安全性的重要因素，欧盟市场已规定了卷烟制品烟碱、焦油和CO含量的最高限，生产低危害卷烟成为烟草行业今后发展的必然趋势[29]。比较二甲醚和丁烷的萃取效果，A1、C1的烟碱、CO含量小于A2、C2；B1、C1的焦油含量小于B2、C2。总体来看，用二甲醚萃取的降焦减害效果要优于丁烷萃取的效果。

表2 亚临界萃取处理河南上部选下烟叶烟气成分含量†

† 同一产地不同处理样品肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)。

2.4 亚临界萃取处理河南上部选下烟叶感官评价的差异

对亚临界萃取处理的河南上部选下烟叶进行感官评价，结果见表3。经亚临界萃取后的烟叶杂气和刺激性明显得到改善，得分在处理与对照间的差异达到显著水平；香气质和余味得分有所提高，但处理与对照之间差异未达到显著水平；香气量经亚临界萃取后有所减少，A1、A2与A得分之间差异显著，B、C处理与对照之间差异不显著；浓度得分有所减少，A、B处理与对照之间差异显著，C处理与对照差异不显著；细腻程度有所提高，A1、A2与A之间差异达到显著水平，B1与B之间差异显著，B2与B之间差异不显著，C2与C之间差异显著，C1与C之间差异不显著。总的来看，亚临界萃取后烟丝细腻程度、杂气、刺激均好于对照，杂气中的碱性刺激物含量变小；香气量和浓度略有下降，劲头变化较小。这与萃取后烟丝中烟碱、蛋白质、总氮等含氮物质含量降低有密切关系，萃取后的烟丝最突出的特点是柔细平润。

表3 亚临界萃取处理河南上部选下烟叶感官评价各指标得分†

† 同一产地不同处理样品肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)。

由图2可知，经亚临界萃取后各地上部选下烟叶感官质量明显有所提高，且B处理与对照之间差异达到显著水平，A和C处理与对照总得分差异不显著。经二甲醚萃取处理的得分高于经丁烷萃取处理的，表明在提高河南上部选下烟叶方面，使用二甲醚作为萃取剂优于丁烷。

3 结论

试验运用亚临界萃取方式，通过分析上部选下烟叶化学成分含量、化学成分综合得分、主流烟气以及感官质量结果，对比评价亚临界萃取后和未经过亚临界萃取的烟叶综合质量。结果表明：在化学成分方面，通过亚临界萃取后，上部选下烟叶的总氮、烟碱、蛋白质等碱性物质明显减少，糖碱比升高，钾氯含量变化不明显，化学成分综合得分有所提高；在主流烟气含量方面，经亚临界萃取后焦油、烟碱和CO含量明显减少；在感官评价各项指标中，经亚临界萃取后杂气和刺激性明显改善，综合得分有所提高；在对比不同萃取剂的效果方面，经二甲醚萃取后的烟叶各项指标结果优于丁烷萃取的结果。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

Figure 2 The total score of sensory evaluation in upper surplus tobacco of Henan was treated by subcritical extraction

在接下来的研究中，可以选用更多不同萃取剂深入研究提高烟叶使用质量的效果；此外，试验选取对象为河南的驻马店、漯河和周口3个产区的上部选下烟叶，其他不同地区和不同部位烟叶的适用性还有待进一步深入研究。